防彈材料萬花筒

防彈衣最關鍵的一環是選用防彈性能優異的防彈材料。根據防彈衣有硬體、軟體和軟硬體復合式3種類型，目前采用的材料可分為硬質材料和軟質材料兩種。硬質材料有鋼板、鈦合金、鋁合金及氧化鋁防彈陶瓷等；軟質材料則多為高分子聚合物，如：超高分子量聚乙烯、尼龍、高強聚乙烯、芳香族聚酰胺以及無機纖維如高性能E、S、O型玻璃纖維等。近年，外軍又在研制仿生防彈材料，如防彈蜘蛛絲和防彈野雞毛及納米復合材料等。其中，使用最為廣泛的是芳香族聚酰胺纖維和超高分子量聚乙烯纖維。

芳香族聚酰胺纖維

我國稱芳香族聚酰胺纖維為芳綸。它是酰胺鍵直接與兩個芳環連接而成的線型聚合物。其中聚對苯二甲烷對苯二胺(PPTA)纖維是芳香族聚酰胺中最具代表性的高強度、高模量纖維，主要用作防彈材料。美國于1971年由杜邦公司試制成功，其注冊商標為“凱夫拉”(Kevlar)。荷蘭的阿克佐(AKZO)公司在1986年也研制成功了這種二甲酰對苯二胺纖維，打破了美國的壟斷，取商品名為“特瓦隆”(Twaron)。之后，日本帝人公司也研制成功了不同的對位芳香族聚酰胺纖維，如商品名為“泰克諾拉”(Technora)纖維等。

PPTA纖維由于分子鏈由苯環和酰氨基按一定規律排列而成，具有良好的規整性和很高的結晶度。特別是該纖維沿纖維軸向有較強的共價鍵，纖維橫向上有較弱的氫鍵連接，因此使PPTA的力學性能呈各向異性。由于PPTA纖維的剛性大分子形成棒狀結構，所以該纖維具有很高的模量。PPTA纖維分子的苯環內電子的共軛作用和苯環的剛性，使纖維具有較高的化學穩定性和高溫下的尺寸穩定性。此外，PPTA纖維還具有高拉伸強度、高模量、低延伸率、熱性能較好等特點，是很好的防彈材料。用芳綸制作的防彈衣，可以減輕質量，提高防彈衣的舒適性，更重要的是提高了防彈衣的防彈能力。

目前用于防彈的芳香族聚酰胺纖維材料已開發出“凱夫拉29”、“凱夫拉49”、“凱夫拉129”、“凱夫拉LT”、以及荷蘭公司研制的“特瓦隆2000”、“凱夫拉KM－2”等。其中“凱夫拉29”和“凱夫拉129”、“特瓦隆2000”比較柔軟，適合做防彈衣。

超高分子量聚乙烯纖維

在第一代防彈衣中，人們普遍使用防彈尼龍材料。但在實際穿用中，卻感到防彈尼龍制作的防彈衣除了質量較大外，感覺上也十分憋悶。后來人們放棄了防彈尼龍，改用了美國杜邦公司1965年開始研制的“凱夫拉”纖維，也就是“凱夫拉29”，之后又改用“凱夫拉129”等。1985年，美國聯合信號(AlliedSignal)公司購買了荷蘭DSM公司利用凝膠紡絲法生產的具有更優異抗張性能的超高分子聚乙烯纖維的專利，生產出商品名為“斯派克特拉(Spectra)”和“戴尼莫”(Dyneema)超高分子量聚乙烯纖維，至此，“凱夫拉”纖維一統防彈材料天下的局面被打破了。

超高分子量聚乙烯纖維具有很高的主鏈結合強度和高度結晶取向，故使纖維具有很高的強度和模量。該纖維密度小，所以其比拉伸模量是“凱夫拉”纖維的4～5倍。而撓曲壽命優于“凱夫拉”纖維，斷裂伸長率也大于“凱夫拉”纖維。所以，超高分子量聚乙烯纖維具有較強的耐沖擊性和能量吸收能力。這一特點正是作為防彈材料所最需要的。此外，耐化學制劑的能力和耐光性也比“凱夫拉”好。但是，超高分子量聚乙烯纖維也存在著缺點，如耐熱性能較差、制成復合材料時容易出現分層現象。盡管如此，超高分子量聚乙烯在防彈材料領域中已開始挑戰“凱夫拉”纖維。為此，美國和荷蘭有關公司不斷研制新產品，以克服該纖維的缺點，增加其優勢，如“斯派克特拉2000”就是該纖維的第三代產品，細度變小而強度增大。用“斯派克特拉”護板制成的防彈衣，防彈標準達到了美國MT的ⅢA級標準(可抵御9mm巴拉貝魯姆和0.44英寸馬格努姆槍彈)，而防彈衣質量只有1.8kg。“戴尼莫”也出現了第四代產品，如“戴尼莫SK77”等，其強度比“戴尼莫SK66”又高出30％。

超強力水晶纖維

為了進一步提高纖維材料的防彈性能，一些特殊材料也進入了人們的研究范圍。最近，英國南安普敦大學的科學家們開發了一種從液體水晶中提煉的超強力水晶纖維。科學家們在實驗中發現，當對一層液體水晶施加電壓時，所有水晶都會呈現出同一方向排列并形成一個長的分子鏈。用化學方法使水晶分子鏈結合，就會形成強拉力纖維，然后再用天然樹脂將纖維定型，便制成超強力纖維。據該項研究人員說，用此纖維制成的防彈背心性能將非常先進。

高強度無紡復合防彈纖維

美國科學家最近發明了一種用于防彈背心的絨毛纖維，它能阻止高速旋轉的彈頭射入。這種新纖維是由“凱夫拉”和“斯派克特拉”的混合物組成的。而“凱夫拉”和“斯派克特拉”兩種纖維本身就具有很好的強度，是目前防彈衣廣泛使用的纖維材料。混合后的新纖維除強度很高外，還由于它與原纖維不同，而是采用無紡結構即類似無紡布或毛氈，輕柔且有彈性。當高速彈頭遇到這種“毛氈”時，其中的絨毛具有很大的阻力阻止了彈頭鉆入，其防彈的奧秘是“綿里藏針”，具有以柔克剛的能力，因此用它作防彈材料比現有的其他防彈纖維更好。另外，由于該無紡復合絨毛的生產工藝特殊，比傳統的編織方法成本低，因此，用來制作防彈背心比現有的防彈纖維價格低廉。價格低而性能好的高強度無紡復合的防彈纖維已引起各國軍界的重視和歡迎。

納米復合材料

納米復合材料是指內含一維尺寸小于100納米的相，使材料性能發生非線性變化的多相復合材料。這種復合材料具有以下結構特點：每單位體積具有高界面面積；具有獨特和可控制性能的中間相材料的體積；具有控制程度高的結構；非平衡相穩定；非均勻物質之間的間隔力(擴散路徑短)；在連續相中具有限制效應等。美軍許多專家認為，納米復合材料的性能有可能滿足未來人體防彈裝甲的要求，既能防彈、防核生化(NBC)、防電磁和防火，又便于與未來士兵系統的探測、計算、通訊等結構集成為一體。該材料能極大提高生存能力，具有很廣泛的通用性，能滿足多方面的要求。若制成人體防彈裝甲，其防護范圍較寬，可防破片彈、箭形彈、槍彈和沖擊波。因此，美軍在新的人體防彈裝甲的研究中選擇了納米復合材料，并在下一步將對其防彈性能和實際應用作深入研究。

應用轉基因技術研究防彈蜘蛛絲纖維

據互聯網中國工程信息網報道：繼美國科學家發現蜘蛛絲是性能極好的防彈材料之后，加拿大科學家近來又進一步應用轉基因技術研制防彈蜘蛛絲材料。具體情況是，加拿大科學家正在研究通過改變遺傳物質的山羊的羊奶生產出制作防彈衣的蜘蛛絲。改變遺傳物質的山羊奶可以提供巨大的生產蜘蛛絲蛋白質的能力。加拿大科學家將兩只山羊經過轉基因處理后，發現它們能夠產生特殊山羊奶，同時發現在它們的7000個山羊基因組中有一組是蜘蛛絲的基因。加拿大Nexia公司正在啟動一項技術將蜘蛛絲基因分離出來，并與轉基因羊組合起來，使山羊經過轉基因處理后重組羊奶中的蜘蛛絲。這項技術也稱為生物綱項目。這種技術能將蜘蛛絲蛋白質從山羊奶中提取出來，將其織成纖維，并能大規模生產。從轉基因山羊奶中提出的蜘蛛絲蛋白生產的蜘蛛絲纖維強度很高，若制作單兵防彈背心將能防止彈頭甚至是近距離彈頭的威脅，會極大地提高單兵的生存能力。

野雞毛防彈材料

據1999年9月2日《世界科技譯報》報道，用野雞毛制成的新一代防彈衣在性能上將勝于現有的其他各種防彈衣。

這項有趣的發明源于英國鄉間的獵人多次報告，獵人說那些明明被槍彈直接擊中的野雞竟然經常大搖大擺地從人的眼皮底下飛走了，留下的只是幾根雞毛。英國雷丁大學的科研人員聽到這一趣聞后立即產生了濃厚的興趣，他們很快就有了驚人的發現：野雞的羽毛，這種獨特的結構可以吸收彈頭的能量。野雞羽毛的彈力源于松軟的泡沫狀的內部結構和其交織狀的保護體。試驗中，這種羽毛竟然經得起各種速度槍支的射擊。雷丁大學的科研人員意識到潛在的科研用途——可制作新一代防彈衣。如果野雞毛防彈衣研制成功的話，那么士兵和警察將是最大的受益者，因為它遠比目前凱夫拉纖維制成的防彈衣要輕便和舒適得多。

英國軍方在獲知雷丁大學科研人員正在研究的這一項目后立即為他們提供資金。如果科研人員的進一步實驗取得成功的話，那么英國軍方打算大規模飼養野雞，用它們的毛制造新一代的防彈衣。據稱，把20根厚度的野雞毛編織在一起就可以抗擊幾乎所有的槍彈的射擊了。

總之，隨著科學技術的發展以及防彈衣性能要求的提高，將會涌現出更多性能優異的防彈材料。◆

(編輯/何懿)